JPH0610773A - 排気ガス還流方法及びその制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 排気ガス還流量を、エンジンの負荷に応じて
最適に調節する。 【構成】 弁駆動手段におけるリフト量調節機構Ｂを、
例えば燃料噴射ポンプＰのコントロールレバー46と連係
し、弁体のリフト量が燃料噴射量とほぼ反比例するよう
に調節すれば、排気ガス還流量をエンジンの負荷(出力)
に応じて最適に制御することができ、出力やスモークの
悪化を最小限としてＮＯｘを効果的に低減しうる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばディーゼルエン
ジンより排出された排気ガスを吸気系に還流させる還流
方法及びその制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】排気ガスの一部を吸気系に還流させて、
シリンダ内の燃焼温度を低下させ、ＮＯxの発生を抑制
するものとして、図７に示すようなＥＧＲバルブがあ
る。

【０００３】すなわち、図７に示す従来のＥＧＲバルブ
(１)は、多気筒ディーゼルエンジンの排気管に連結され
たバイパス管(２)の上端に開口したフランジ部(2a)の上
に、縦向きに取付けられ、そのポート出口端は、導入管
(３)を介してエンジンの吸気管に連結されている。

【０００４】鋳造製のボデイ(４)は、排気ガスの入口側
を下向きに、かつ、出口側を側方にそれぞれ開口させた
エルボ状の還流ポート(５)を有し、各開口端には、フラ
ンジ(６)(６)が一体的に形成されている。

【０００５】ボデイ(４)の上端には、ボデイ(４)より側
方に水平に延出することにより、遮熱板及び放熱板とし
て作用する比較的大円形の取付座(７)が、ボデイ(４)の
中間部と所要寸法離間して一体形成され、取付座(７)
は、その下面よりボデイ(４)の中間部に向けて下向きに
延出する複数の薄板状のリブ(８)により補強されてい
る。

【０００６】取付座(７)の上面には、上面平滑な複数個
の突起(９)が一体成形され、各突起(９)上には、中心付
近に複数個の通孔(10a)を備える、取付座(７)とほぼ等
径のばね受け(10)が、さらにばね受け(10)の上面には、
アクチュエータ(Ａ)の有頂筒状のシリンダ(11)が、取付
座(７)の外周部上面の複数個のボス部(7a)に向けてボル
ト(12)を螺挿することにより、一体的に固着されてい
る。

【０００７】これにより、取付座(７)の上面とばね受け
(10)の下面との間には、外気に通じる若干の間隙(13)が
形成されるようになる。

【０００８】(14)は、ばね受け(10)とシリンダ(11)との
間に介装した、熱伝導率の小さいシール部材である。

【０００９】シリンダ(11)内には、その内周面の中間部
に形成された厚肉部(11a)と密接する、上面閉塞された
筒状のピストン(15)が、上下摺動自在として嵌挿されて
いる。

【００１０】シリンダ(11)の上面には、コンプレッサ等
の図示しない圧縮空気源よりの空気を、シリンダ(11)内
に供給するためのパイプ(16)が接続されている。

【００１１】シリンダ(11)の下面とピストン(15)の上面
との間の空室は、高圧室(作動圧室)(17a)に、またピスト
ン(15)に囲まれた空室は、低圧室(大気開放室)(17b)に
なっている。

【００１２】(18)は、高圧室(17a)内に縮設された圧縮
コイルばねで、ピストン(15)を常時下向きに押圧してい
る。

【００１３】ボデイ(４)の中心部には、バルブガイド(1
9)が圧入され、その上端部は、ばね受け(10)の中心を貫
通して、ピストン(15)内の下部に位置している。

【００１４】バルブガイド(19)には、きのこ状をなす弁
体(20)の軸部(20a)が、摺動自在として嵌挿され、ピス
トン(15)内に位置する軸端部には、リテーナ(21)が、そ
の中心部に穿設したテーパ孔(21a)に、軸部外周面に形
成された環状溝(20b)に外嵌した１対のコッタ(22)(22)
を内嵌することにより、止着されている。

【００１５】リテーナ(21)の下面とばね受け(10)の上面
との間には、バルブスプリング(圧縮コイルばね)(23)が
縮設されている。

【００１６】これにより、弁体(20)は常時上向きに付勢
され、通常時において、傘部(20c)が還流ポート(５)の
下端開口部に嵌着したバルブシート(24)と密着すること
により、還流ポート(５)は閉じられている。

【００１７】また、通常時において、ピストン(15)の内
底面は、高圧室(17a)内に縮設した圧縮コイルばね(18)
の付勢力により、弁体(20)の軸端面と当接し、弁体(20)
が閉弁しているとき、ピストン(15)の下端とばね受け(1
0)間に所要の間隙が形成されるようにしてある。この間
隙が弁体(20)の最大リフト量、すなわち開閉ストローク
となる。

【００１８】エンジンが低負荷の運転領域となり、図示
しない制御装置の作動により高圧室(17a)内に圧縮空気
が圧送されると、ピストン(15)と弁体(20)とが、バルブ
スプリング(23)に抗して一体的に押し下げられ、ピスト
ン(15)の下端がばね受け(10)に当接したところで停止す
る。

【００１９】これにより弁体(20)が開弁され、バイパス
管(２)に流入した排気ガスは、還流ポート(５)及び導入
管(３)を通って、エンジンの各シリンダ内に送り込まれ
る。その結果、燃焼状態が緩慢になって燃焼温度が低め
に押さえられ、ＮＯxの排出量が低減される。

【００２０】エンジンが高負荷の運転領域となると、再
度制御装置が働いて圧縮空気の供給を停止することによ
り、弁体(20)及びピストン(15)はバルブスプリング(23)
により戻され、還流ポート(５)が自動的に閉じられる。
これにより、排気ガスの還流を停止し、出力(トルク)低
下やスモークの悪化するのを防止する。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】ディーゼルエンジンか
ら排出される有害排気ガス物質は、主としてＮＯx、Ｈ
Ｃ、ＣＯであり、空気が過剰の状態で燃焼するディーゼ
ルエンジンにおいては、ガソリンエンジンに比してＨ
Ｃ、ＣＯの排出レベルは低く、特に問題とならない。

【００２２】しかし、熱発生率が高く、温度の高い条件
下で生成されるＮＯxの排出レベルは、ディーゼルエン
ジンの燃焼特性上非常に高い。このＮＯxを低減するに
は、既に述べた排気ガス還流方式が最も有効であるが、
その還流量(ＥＧＲ率)が少ないと目標とするＮＯxの排
出レベルが達成されず、また多過ぎると、スモーク(排
気煙)濃度、燃料消費率、出力等が悪化する。

【００２３】従って、目標ＮＯxレベルとエンジンの性
能とが両立する妥協点を見出して、その範囲内に排気ガ
ス還流量を制御する必要がある。また、ディーゼルエン
ジンの排気ガス還流量は、スモーク濃度により制限され
ることが多く、従って、その制御因子を、スモーク濃度
に影響を与えるエンジンの負荷すなわち燃料噴射量と
し、シリンダ内の空気過剰率の大小に応じて排気ガス還
流量(最大還流量)を最適、かつきめ細かく制御するのが
望ましい。

【００２４】上記した従来のＥＧＲバルブ(１)は、その
制御因子に吸入空気量(吸入負圧)や排圧を用い、それに
応じて弁体(20)の開度を調節し、排気ガス還流量を制御
している。このように、制御因子を吸入空気量や排圧と
すると、それらの値がＥＧＲバルブや排気ブレーキ作動
時に変動した場合、排気ガス還流量にバラツキが生じ
る。

【００２５】また、従来のＥＧＲバルブ(１)のように、
アクチュエータ(Ａ)が圧縮空気(真空圧の場合もある)に
より作動させられる方式のものにおいては、エアタンク
内に蓄圧された圧縮空気が、他の補機類に供給されて消
費されたりすると、圧力変動や脈動が生じることがある
ために、弁体(20)の開度を、エンジンの負荷等に応じて
予めきめ細かく制御することは非常に困難である。その
ため、弁体(20)の開度を、ON(開)かOFF(閉)の２位置制
御とするのが一般的である。

【００２６】この問題に対処するには、アクチュエータ
(Ａ)に供給された圧縮空気の一部をリークさせて、弁体
(20)を作動させる空気の圧力を調整し、弁体の開度をエ
ンジンの負荷等に応じて細かく制御することも考えられ
る。

【００２７】しかし、このようにすると、圧縮空気の消
費量が増加するため、大容量のコンプレッサを搭載した
り、これを頻繁に作動させたりする必要があり、機械的
損失が増大する。

【００２８】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたもので、排気ガス還流量をエンジンの負荷に応じ
て最適に調節することにより、エンジン性能の悪化を最
小限にとどめて、ＮＯxを効果的に低減しうるようにし
た、排気ガス還流方法及びその制御装置を提供すること
を目的とする。

【００２９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の方法は、内燃機関より排出された排気ガス
の一部を吸気系に還流する排気ガス還流方法において、
排気ガス還流量を、燃料噴射量が所定値以上のとき零と
し、それよりも少なくなるにしたがって漸次増加させる
ことを特徴としている。

【００３０】また、その制御装置は、排気ガス還流用の
ポートを開閉する弁体を有するＥＧＲバルブと、燃料噴
射量調節装置と、該燃料噴射量調節装置が燃料噴射量減
方向に移動するにしたがって、前記弁体のリフト量を漸
次増大させる弁駆動手段とを備えることを特徴としてい
る。

【００３１】

【作用】弁駆動手段におけるリフト量調節機構を、例え
ば燃料噴射ポンプのコントロールレバーと連係し、弁体
のリフト量が燃料噴射量とほぼ反比例するように調節す
れば、排気ガス還流量を、エンジンの負荷(出力)に応じ
て最適に制御することができ、出力やスモークの悪化を
最小限としてＮＯxを効果的に低減しうる。

【００３２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。なお、図７に示す従来例と同様の部材及び同一
機能の部材には、同じ符号を付すにとどめて、その詳細
な説明は省略する。まず、図１〜図３を参照して本発明
の装置について説明する。

【００３３】アクチュエータ(Ａ)におけるシリンダ(11)
は、ボディ(４)の上端周囲に上向に連設した複数のリブ
(30)の上面に、ばね受け(31)及びシール部材(32)を介し
てボルト(12)止めされている。

【００３４】バルブガイド(19)の上半部が圧入されてい
るボデイ(４)の中心の円筒部(33)は、その上端部がばね
受け(31)の中心に形成した通孔(31a)を貫通してシリン
ダ(11)内に位置し、かつその外周面の上半部には、雄ね
じ(33a)が螺刻されている。

【００３５】円筒部(33)には、上端部に弁体(20)の軸部
(20a)の外周面と摺接する上向の筒状ストッパ(34a)を備
えるとともに、下半部外周面に歯幅の長い歯車(34b)を
形成してなるリフト調整筒(34)が、その内周面に螺刻し
た雌ねじ(34c)を上記雄ねじ(33a)に螺合することによ
り、弁体(20)の軸心と同軸をなして軸方向に移動可能と
して外嵌されている。なお、雄ねじ(33a)及び雌ねじ(34
c)は左ねじとしてあり、リフト調整筒(34)が平面視時計
回りに回転したとき、上方に移動するようになってい
る。

【００３６】ボデイ(４)の上端部、すなわち円筒部(33)
の下端より外方に延出する水平の支持片(35)の端部に
は、支持筒(35a)が上向として連設されている。支持筒
(35a)の上面には、図２に詳細を示すように、上記歯車
(34b)と噛合するセクタギヤ(36)が、支持筒(35a)に圧入
したピン(37)をもって、水平方向に回動自在に枢支され
ている。

【００３７】(38)は、スナップリング(39)により抜け止
めされた、摩擦係数の小さい合成樹脂等のガタ止め部材
である。セクタギヤ(36)における歯列と反対側のほぼ半
円状の基板(36a)の外周面には、Ｖ字溝(36b)が形成さ
れ、Ｖ字溝(36b)には、駆動ワイヤ(40)が、その先端に
固着した円柱状の係止駒(41)を、基板(36a)における駆
動方向(平面視反時計方向)と反対側の外周端に形成した
係止溝(42)に嵌合することにより、基板(36a)のほぼ半
周に亘って掛け回されている。

【００３８】(43)は、支持筒(35a)に外嵌したねじりコ
イルばねで、一方の端末を支持筒(35a)に、かつ他方の
端末をセクタギヤ(36)の下面適所にそれぞれ係止するこ
とにより、セクタギヤ(36)は、その歯列の一端側(駆動
方向側)が弁体(20)の全閉時においてリフト調整筒(34)
の歯車(34b)と噛合する定位置に復帰するように常時付
勢されている。

【００３９】弁体(20)の軸部(20a)の上端部外周面に形
成された環状凹溝(44)には、リフト調整筒(34)の筒状ス
トッパ(34a)と当接することにより、弁体(20)の最大リ
フト量を規制するストップリング(45)が嵌着されてい
る。

【００４０】なお、上述したリフト調整筒(34)、セクタ
ギヤ(36)、ねじりコイルばね(43)等によりリフト量調節
機構(Ｂ)を構成している。弁体(20)の開弁ストローク
は、セクタギヤ(36)と歯車(34b)とが図３のような噛合
状態にあって、リフト調整筒(34)が下限に位置している
ときに最大となる。

【００４１】前記駆動ワイヤ(40)は、図２に示すよう
に、ディーゼルエンジン(図示略)における燃料噴射ポン
プ(Ｐ)のコントロールレバー(46)と連結され、コントロ
ールレバー(46)が、アクセルペダル(図示略)にリンク等
を介して連係されたロッド(47)により回動させられた
際、それと連動してセクタギヤ(36)が回動し、リフト調
整筒(34)を上下方向に移動させるようになっている。

【００４２】次に、上記実施例の装置の作用と制御例に
ついて説明する。アクセルペダルを踏込むことにより、
これに連係されたロッド(47)が図２の矢印(右)方向に引
かれ、コントロールレバー(46)が時計方向に回動して燃
料噴射量が増し、エンジンが高負荷の運転領域になる
と、コントロールレバー(46)に連結された駆動ワイヤ(4
0)が右方に引張られることから、セクタギヤ(36)は、図
３に示す定位置(原位置)から平面視反時計方向に回転さ
せられる。

【００４３】すると、セクタギヤ(36)と噛合しているリ
フト調整筒(34)が、平面視時計方向に回転して上方(左
ねじとしてあるため)に移動するため、筒状ストッパ(34
a)とストップリング(45)との相対間隔が小さくなるか、
又は零となる。

【００４４】従って、エンジンの回転速度等を検出して
ON−OFF制御される電磁弁(48)(図２参照)が開弁し、ア
クチュエータ(Ａ)に圧縮空気が供給されても、弁体(20)
の最大リフト量は小さく抑えられ、または開弁しないた
め、排気ガス還流量(ＥＧＲ率)は減少又は零となる。こ
れにより、出力(トルク)の低下やスモークが悪化するの
が防止される。

【００４５】一方、アクセルペダルの踏み込み量を少な
くし、コントロールレバー(46)が燃料噴射量を減とする
反時計方向に回動して、エンジンが低負荷の運転領域に
達すると、駆動ワイヤ(40)が弛むのと同時に、セクタギ
ヤ(36)がねじりコイルばね(43)により平面視時計方向に
回動させられる。

【００４６】すると、調整筒(34)が、上記と反対に反時
計方向に回転して下方に移動するため、筒状ストッパ(3
4a)とストップリング(45)との相対間隔は大となる。従
って、弁体(20)の最大リフト量は大きくなり、排気ガス
還流量が増加してＮＯxの排出量が抑えられる。

【００４７】このように、セクタギヤ(36)を燃料噴射ポ
ンプ(Ｐ)のコントロールレバー(46)と連動させ、弁体(2
0)の制御因子を燃料噴射量とすると、排気ガス還流量を
燃料噴射量、すなわちエンジンの負荷に応じて最適に制
御することができる。

【００４８】図６のグラフは、エンジンの回転を一定と
したときの排気ガス還流量と燃料噴射量との関係を示す
もので、弁体(20)のリフト量を、例えばエンジンが全負
荷のときに零とし、無負荷とき最大となるように予め設
定すれば、燃料噴射量と排気ガス還流量とはほぼ反比例
し、燃料噴射量が増加するほど、すなわち空気過剰率が
小となるほど、排気ガス還流量は減少し、その反対に燃
料噴射量が減少して空気過剰率が大となるほど排気ガス
還流量は増加する。

【００４９】これにより、出力の要求される高負荷領域
においては、出力やスモーク等の悪化するのを防止し、
出力の要求されない軽負荷領域においてはＮＯxを効果
的に低減する。

【００５０】以上説明したように、上記実施例において
は、弁体(20)のリフト量を制御する制御因子を燃料噴射
量としているため、制御因子に吸入空気量や排圧を用い
る従来の装置のように、排気ガス還流量にバラツキが生
じることはなく、その制御が容易となる。また、弁体(2
0)のリフト量を、アクチュエータ(Ａ)を作動させる空気
圧と無関係に調節しうるので、空気圧が変動したりして
もリフト量に影響を及ぼすことがなく、かつ圧縮空気を
リークさせる必要がないのでそれが浪費されることもな
い。

【００５１】本発明は、上記実施例に限定されるもので
はなく、種々の態様をとり得る。例えば、円筒部(33)の
雄ねじ(33a)及びリフト調整筒(34)の雌ねじ(34c)を２条
またはそれ以上の多条ねじとしたり、それらのリード角
を大小異ならせた不等ピッチとしてもよく、このように
すると、コントロールレバー(46)及びセクタギヤ(36)の
回転に対するリフト調整筒(34)の上下移動量及び速度が
大きくなって応答性が良好となり、エンジンの負荷や回
転速度の変動に迅速に対応しうる。

【００５２】また、上記応答性は、リフト調整筒(34)の
歯車(34b)とセクタギヤ(36)とのギヤ比を大きくする
か、またはだ円歯車機構等により角速度を可変として、
リフト調整筒(34)の回転を増速することによっても高め
ることができる。

【００５３】リフト調整筒(34)における筒状ストッパ(3
4a)とストップリング(45)との互いの当接面を、合成樹
脂等の摩擦係数の小さい材料によりモールドまたはコー
ティングし、それら同士が接触しながら相対回転する際
の摩擦抵抗を低減するようにしてもよい。

【００５４】また、図４に示すように、筒状ストッパ(3
4a)の上端部にスラストベアリング(49)を嵌着してもよ
く、このようにすると、摩擦抵抗は大幅に少なくなる。
この場合、スラストベアリング(49)は、ストップリング
(45)側に設けてもよい。

【００５５】リフト調整筒(34)の上下動を、上記ねじ式
に変えてカム板により行ってもよい。すなわち、図５に
略示するように、リフト調整筒(34)を、円筒部(33)に上
下に摺動自在として嵌合するとともに、支持片(35)上
に、上面がカム面(50a)となった二又状のカム板(50)
を、円筒部(33)を挾むようにして載設し、コントロール
レバー(46)に連結した駆動ワイヤ(51)を進退させてカム
板(50)を水平方向に摺動することにより、カム面(50a)
上に載置したリフト調整筒(34)を上下動させる。

【００５６】これによっても、弁体(20)のリフト量をエ
ンジンの負荷に応じて適宜に制御することができる。な
お、このようなカム板(50)を用いる際は、ばね定数の比
較的小さな圧縮コイルばね(52)等により、リフト調整筒
(34)を常時下向に押圧し、カム面(50a)に対する追従性
が損なわれないようにするのがよい。

【００５７】前述したセクタギヤ(36)を駆動するに際
し、駆動ワイヤ(40)又は(51)の代わりにロッド又はリン
ク等を用いてもよい。ストップリング(45)を嵌着する代
わりに、これと同様の環状の突起を、軸部(20a)と一体
的に形成してもよく、また、このようなストップリング
(45)又は突起を設けないで、リテーナ(21)をそれらの代
用とすることもある。

【００５８】なお、上述した実施例では、燃料噴射ポン
プ(Ｐ)のコントロールレバー(46)とセクタギヤ(36)駆動
用のワイヤ(40)とを直接機械的に連結しているが、コン
トロールレバー(46)の変位置を電気的に検出し、その信
号に基づいてステップモータ等のアクチュエータを作動
させて、セクタギヤ(36)を駆動するようにしてもよい。

【００５９】また、アクチュエータ(Ａ)を、コントロー
ルレバー(46)の変位量及びエンジンの回転速度に基づい
て作動する電動式アクチュエータとして、弁体(20)のリ
フト量を直接制御するようにすれば、リフト量調節機構
(Ｂ)を省略することもできる。駆動ワイヤ(40)を、アク
セルペダルに連係することもある。

【００６０】

【発明の効果】本発明によれば、排気ガス還流量をエン
ジンの負荷に応じて最適に制御することができるので、
出力やスモーク等、エンジン性能が悪化するのを最小限
として、ＮＯxを効果的に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置に適用されるＥＧＲバルブを示す
中央縦断正面図である。

【図２】本発明の装置を燃料噴射ポンプのコントロール
レバーに連結した状態を示す側面図である。

【図３】図１におけるＡ−Ａ線に沿う要部の拡大横断平
面図である。

【図４】筒状ストッパにスラスト軸受を設けた例を示す
要部の拡大縦断正面図である。

【図５】ストッパの駆動手段をカム板とした例を示す要
部の縦断正面図である。

【図６】排気ガス還流量と燃料噴射量との関係を示すグ
ラフである。

【図７】従来のＥＧＲバルブを示す中央縦断正面図であ
る。

【符号の説明】

(１)ＥＧＲバルブ (４)ボデイ (５)還流ポート (11)シリンダ (15)ピストン (16)パイプ (17a)高圧室 (17b)低圧室 (18)圧縮コイルばね (19)バルブガイ
ド (20)弁体 (20a)軸部 (20b)環状溝 (20c)傘部 (21)リテーナ (22)コッタ (23)バルブスプリング (24)バルブシー
ト (30)リブ (31)ばね受 (32)シール部材 (33)円筒部 (33a)雄ねじ (34)リフト調整
筒 (34a)筒状ストッパ (34b)歯車 (34c)雌ねじ (35)支持片 (35a)支持筒 (36)セクタギヤ (36a)基板 (36b)Ｖ字溝 (37)ピン (38)ガタ止め部
材 (39)スナップリング (40)駆動ワイヤ (41)係止駒 (42)係止溝 (43)ねじりコイルばね (44)環状凹溝 (45)ストップリング (46)コントロールレバー(燃料噴射量調節装置) (47)ロッド (48)電磁弁 (49)スラスト軸受 (50)カム板 (50a)カム面 (51)駆動ワイヤ (52)圧縮コイルばね (Ａ)アクチュエータ (Ｂ)リフト量調
節機構 (Ｐ)燃料噴射ポンプ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関より排出された排気ガスの一部
   を吸気系に還流する排気ガス還流方法において、排気ガ
   ス還流量を、燃料噴射量が所定値以上のとき零とし、そ
   れよりも少なくなるにしたがって漸次増加させることを
   特徴とする排気ガス還流方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の排気ガス還流方法に用い
   る排気ガス還流制御装置であって、 排気ガス還流用のポートを開閉する弁体を有するＥＧＲ
   バルブと、 燃料噴射量調節装置と、 該燃料噴射量調節装置が燃料噴射量減方向に移動するに
   したがって、前記弁体のリフト量を漸次増大させる弁駆
   動手段とを備えることを特徴とする排気ガス還流制御装
   置。
3. 【請求項３】 弁駆動手段が、弁体を直接駆動するアク
   チュエータと、燃料噴射量調節装置の動作に応じて弁体
   の最大リフト量を規制するリフト量調節機構となからな
   っている請求項２記載の排気ガス還流制御装置。
4. 【請求項４】 燃料噴射量調節装置とリフト量調節機構
   とを、適宜の連結手段により互いに連係してなる請求項
   ２又は３記載の排気ガス還流制御装置。